浅覆土河床注浆加固技术

1工程概况

天津地下直径线盾构隧道斜下钻海河段里程为DK3+415-580，长165m，位于狮子林桥东侧（见图1）。该段隧道采用盾构法施工，盾构设备为泥水加压平衡盾构，盾构开挖外径Φ11.97m，隧道外径Φ11.6m，隧道内径Φ10.6m。海河河底高程在2008年6月勘测期间为-1.43～-9.31m（国家85黄海高程，实测）。海河河水水位高程为0.l～0.2m。洞顶最小覆土厚度约8.4m（其中淤泥层厚约5.0m）。

盾构隧道穿越海河段区域主要处于淤泥地层中，淤泥分布在海河底部，含碎石等杂物，钻孔揭示隧道上方淤泥最大深度7.6m，具有灵敏度高、低强度等特点，极易发生蠕动和扰动。地表水为海河河水，水深9.3m．水面高程0.1-0.2m，水面宽85—88m，水流缓慢。同时，盾构隧道在DK3+450处穿越Φ600mm煤气管及Φ800mm给水管。

综上所述，盾构隧道穿越海河段是施工过程的最大一个风险点。为保证该段隧道在开挖过程中尽量不引起河床沉降，导致河水灌入隧道区间内，防止管线因隧道施工引起的累积沉降或瞬间沉降导致管线开裂，采用袖阀管注浆加固处理该段地层。

2施工难点

淤泥地层分布在海河底部，注浆施工不同于地面，需要大型船只作为施工平台。由于水流及风速影响，导致施工作业船体难以固定，每1排注浆孔测量定位难度较大，是注浆施工的第1个难点。由于注浆施工处于水下，地质情况较为复杂，在施工中易发生冒浆现象，施工质量难以控制，也会造成河水污染，是注浆施工的第2个难点。在加固范围内存在给水管和煤气管，在管线附近的注浆孔需要精确定位，是注浆施工的第3个难点。

3注浆方案设计

3.1注浆孔位布置

海河河底注浆加固按80排共计4110根PE管注浆设计方案进行，注浆孔位分布见图2。

3.2注浆技术参数

综合考虑盾构隧道穿越海河段的注浆目的、地质情况、加固区地层的孔隙比大小，以及实际施工情况，注浆技术参数设计如下：

（1）孔位布置：布孔间距1,2m×1.2m．布孔时孔位偏差≤50mm。

（2）注浆范围：纵向60m，横向120m。

（3）注浆材料：一次注浆材料为水泥水玻璃双液浆，水泥为P．042.5普通硅酸盐水泥，水玻璃浓度为35Be。双液浆体积比为（1：1）～（1：0.6），按原设计水泥浆掺入膨胀剂（水泥量的8%l。另外，为避免现场注浆时发生堵管现象，水泥浆中掺八缓凝剂（磷酸氢二钠NaZHP04.12H20），掺八量为水泥量的2%。二次注浆材料采用TGRM灌浆料，其水灰比为1：1。

（4）注浆压力及时间：一次注浆压力1~2MPa，每段时间不少于5min；压力1.5~2.5MPa，每段时间不少于5min。

（5）注浆顺序：采用先外围、后中间，同排隔孔注浆、临排错开注浆原则。先外围后中间是为了防止浆液流失，同排隔孔注浆及临排错开注浆是为了防止窜浆。

3.3施工工艺

袖阀管注浆法主要施工工序可分为四步，即泥浆护壁成孔、浇筑套壳料、下袖阀管止浆、注浆材料质量控制。

3.3.1泥浆护壁成孔

现场放线确定桩位，做好桩位轴线标记和测量放样，经复核确认桩位轴线正确无误，埋设钢套筒。

将Φ127mm钢套管埋入淤泥面向下不小于1.5m，钻机（×Y-100型、76mm钻头）就位，钻孔深度至设计底标高。

布孔时孔位偏差≤50mm。钻孔过程中检查钻孔垂直度，要求钻孔垂直度≤1%。为防止塌孔，钻孔时采用密度为1.2~1.3g/cm3的膨润土浆护壁。

3.3.2浇筑套壳料

钻孔深度满足设计要求后，通过钻杆将套壳料压入置换孔内泥浆。套壳料起固定袖阀管和封填管外空隙作用，避免浆液上冒。为防止泥浆混入套壳料中，浇筑高度超过土体顶界。套壳料采用以黏性为主、水泥为辅的低强度配方。

借鉴常用的套壳料配方，水泥：膨润土：水=1：1.5：188。套壳料达到一定强度后立即拔除钢套管。另在套壳料中掺入套壳料体积比的3%水玻璃，将套壳料的初凝时间控制在7h（取现场试验数据）。

3.3.3下袖阀管止浆

PE袖阀管管径40mm，出浆孔眼直径约6mm,呈梅花形布孔，孔眼间距20cm，并用橡胶皮封住外管。PE袖阀管露出水面高度不小于1m,以便于后期注浆作业。安装下沉PE袖阀管时，在管内根据下沉的速度进行注清水填充。

3.3.4注浆材料质量控制

浆液应具有良好的流动性和流动性维持能力，使在不大的灌浆压力下获得尽可能大的扩散距离：浆液析水性要小，稳定性要高，以防在灌浆过程中或灌浆结束后发生颗粒沉淀和分离，并导致浆液的可泵性、可灌性和灌体的均匀性大大降低；要求浆液结石具有较高的不透水性和抗渗稳定性。

3.3.5注浆作业

注浆系统布置见图3。

（1）待套壳料凝固后（一般72h，根据试验确定时间，现场初凝时间控制7h左右），在阀管内插入底部带双向密封注浆头的注浆芯管进行注浆。注浆芯管长Im，上下各设置3道阻浆塞。放芯管前需检查管两端密封橡皮圈（阻浆塞）安置是否正确，防止滑落。双液浆在管口进行混合，注浆芯管采用直径20mm的镀锌管，每节长1.5m进行连接。分段进行注浆。

（2）注浆采用分段后退式，每次分段长1m。

（3）注浆开环压力2MPa，开环方法以快速法为宜，可使套壳料的碎裂程度和均匀性提高。